微流控法制备聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸)水凝胶微球的研究

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聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)微凝胶是典型的温敏性水凝胶之一,具有低温溶胀、高温收缩的特性,其体积相转变温度(VPTT)约为33℃,与亲水性单体甲基丙烯酸(MAA)共聚可提高其VPTT,因与人体温度接近而被广泛应用于药物载体。乳液聚合等传统制备的PNIPA微凝胶方法存在乳化剂去除困难、制备的微凝胶粒径不可控以及药物包载率不确定等问题。近些年发展起来的微流控技术为解决上述问题提供了途径。为探索基于微流控方法制备水凝胶微球的合成条件,本文首先以乙醇/水为溶剂,光引发自由基聚合制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸)[P(NIPA-co-MAA)]水凝胶,并探讨了单体比例对凝胶响应性能的影响;然后,采用自制的微流控芯片分别制备了具有实心结构和核壳结构的P(NIPA-co-MAA)水凝胶微球,探讨了表面活性剂、连续相和分散相的流速对水凝胶微球尺寸的影响,采用热台偏光显微镜和光学显微镜研究了水凝胶微球的温度和p H响应性能,观察了P(NIPA-co-MAA)核壳结构水凝胶微球的内部油滴的释放过程,取得了以下研究成果:1、以乙醇/水为溶剂,光引发自由基聚合制备P(NIPA-co-MAA)水凝胶,探讨了溶剂配比、单体组成对凝胶形态和响应行为的影响。研究表明,光引发聚合可以在30 min完成聚合反应和交联。SEM结果显示,采用乙醇/水混合溶剂制备的凝胶,局部会形成细小孔洞甚至没有孔洞的致密结构,对凝胶起到增强的作用。单体NIPA和MAA的比例对凝胶的响应行为有明显影响,随着MAA含量的增加,P(NIPA-co-MAA)水凝胶的VPTT逐渐上升,且p H响应性、溶胀和消溶胀速率明显提高。2、采用自制的同轴环管型微流控芯片,制备了结构规整、单分散性良好的实心P(NIPA-co-MAA)水凝胶微球。研究表明,通过调节连续相和分散相的流速以及连续相中表面活性剂的含量可有效控制微球的尺寸。利用热台偏光显微镜和光学显微镜研究了水凝胶微球的温度和p H响应性能,发现所合成的水凝胶微球均呈现出低温溶胀、高温收缩的特性,且随着MAA含量的增加,其VPTT逐渐上升,p H响应性越明显。3、采用自制双同轴微流控芯片,以油溶性的荧光染料作为药物分子模型,制备以含该染料分子的大豆油溶液为核,以P(NIPA-co-MAA)水凝胶为壳的尺寸均一的水凝胶微球;研究了不同组成水凝胶微球油核的释放过程,发现当温度低于其VPTT时,一直处于溶胀状态,当温度高于其VPTT时,壳层水凝胶由于自身的温敏性开始收缩,内部油核受到壳层挤压逐渐变形,直到从水凝胶微球中释放出来。
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